静电放电(ESD)辐射特性的研究

摘要

随着电子工业的飞速发展，大规模和超大规模集成电路的大量运用，电子器件都向着高速、高集成、微功耗的方向发展，这样便使得集成电路内的绝缘层变得越来越薄，连线与连线之间的距离变得越来越短，大大降低了电子器件的敏感度。静电放电是一个会产生高电压、强电场、瞬时大电流脉冲的过程，它能够以传导和辐射的方式对电子设备造成干扰，因而静电放电对电子设备的影响变得越来越严重，静电放电防护问题也越来越被人们所关注。
　　本文利用数值计算方法——时域有限差分方法（FDTD），通过MATLAB编程，研究了静电放电的辐射特性，以及静电放电辐射场与带孔缝金属腔体耦合的规律。最后利用仿真软件CST，研究了飞机尖端放电对飞机的影响。
　　每次静电放电都会因为放电电压、环境、放电电极等因素的不同，而导致辐射场的不同。为了便于研究，在保留静电放电主要特性的基础上对静电放电模型进行了简化。我们首先将静电放电等效为一位于无限大导体平面上的电偶极子，利用 FDTD对静电放电进行仿真，将IEC61000-4-2标准中所规定的人体-金属放电电流波形作为静电放电的激励电流，得到了静电放电辐射场在自由空间的特性，包括辐射场时域与频域特性，近场与远场的区别，电磁场幅度与放电电压的关系等。然后研究了静电放电辐射场与带孔缝金属腔体之间的耦合规律，包括耦合场的时域、频域特性，放电电流方向对耦合场的影响等。最后利用 CST仿真飞机尖端放电时，其产生的辐射场对天线的影响及表面电流的分布情况，给我们设计飞机上的各种设备，确保设备不受静电放电的影响提供了依据。

目录

静电放电（ESD）辐射特性的研究

RESEARCH OF FIELDS RADIATED BYELECTROSTATIC DISCHARGES

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 ESD 辐射场模型的研究

1.2.3 ESD 辐射场的研究

1.2.2 ESD 电流波形的研究

1.2.4 ESD 辐射场与带孔缝金属腔体之间耦合的研究

1.3 本文研究内容与结构

第2章 时域有限差分方法（FDTD）

2.1 FDTD 的发展

2.2 FDTD 的应用

2.3 FDTD 的优点

2.4 FDTD 的基本原理

2.4.1 FDTD 的基本方程

2.4.2 数值解的稳定性

2.4.3 数值色散问题

2.4.4 激励源的设置

2.4.5 FDTD 吸收边界条件

2.5 本章小结

第3章 ESD 辐射特性的数值分析

3.1 问题简述

3.2 ESD 模型的简化

3.3 ESD 电流波形的确定

3.4 ESD 数值模型的建立

3.4.1 空间间隔的选取

3.4.2 时间间隔的选取

3.4.3 激励源的设定

3.4.4 吸收边界的设置

3.5 ESD 辐射的仿真结果与分析

3.5.1 ESD 辐射场时域特性研究

3.5.2 ESD 辐射场频域特性的研究

3.6 ESD 辐射场与金属腔体孔缝耦合的数值研究

3.6.1 耦合数值模型的建立

3.6.2 ESD 辐射场与方形孔缝耦合数值仿真结果

3.6.3 矩形孔缝耦合的极化特性

3.7 本章小结

第4章 飞机表面静电放电的研究

4.1 引言

4.2 飞机表面静电放电产生机理与危害

4.2.1 飞机起电机理

4.2.2 飞机放电机理

4.2.3 静电放电对飞机的危害

4.3 电晕放电电流的特性

4.4 仿真模型

4.5 仿真结果

4.5.1 辐射场对天线的影响

4.6 电晕放电对飞机表面电流的影响

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢